第十二屆同濟(jì)大學(xué)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模型競(jìng)賽計(jì)算書(共16頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上理論分析計(jì)算書目錄一、設(shè)計(jì)說(shuō)明 （3）1、方案構(gòu)思 （3）2、結(jié)構(gòu)選型 （4）3、結(jié)構(gòu)特色 （5）二、方案設(shè)計(jì) （5）1、設(shè)計(jì)基本假定（5）2、模型結(jié)構(gòu)圖 （5）3、節(jié)點(diǎn)詳圖 （8）4、主要構(gòu)件材料表及結(jié)構(gòu)預(yù)計(jì)重量 （10）三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 （11）1、靜力分析 （11）2、內(nèi)力分析 （13）3、承載力及位移計(jì)算 （15）四、結(jié)構(gòu)分析總結(jié) （16）一、設(shè)計(jì)說(shuō)明根據(jù)競(jìng)賽規(guī)則要求，我們從模型制作的材料抗壓特性，沖擊荷載形式和靜力加載大小要求等方面出發(fā)，結(jié)合節(jié)省材料，經(jīng)濟(jì)美觀，承載力強(qiáng)等特點(diǎn)，采用比賽提供的木材細(xì)桿和木板，502膠水味粘結(jié)劑精心設(shè)計(jì)制作了“三足鼎立”結(jié)構(gòu)模型

2、，空間桁架結(jié)構(gòu)為該模型的一大亮點(diǎn)。1、方案構(gòu)思模型主要承受150N豎直靜荷載和一定的豎向沖擊荷載，豎直靜荷載較容易滿足，而豎向沖擊荷載結(jié)構(gòu)的剛度要求較高，同時(shí)要求結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的抗剪能力。（1）本結(jié)構(gòu)主要構(gòu)思是想利用三根柱子的軸力來(lái)抵抗荷載的作用（2）設(shè)計(jì)的總原則是：盡可能的利用豎向支撐的三根粗桿來(lái)提高柱子的承載力而在柱子之間輔以細(xì)桿來(lái)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并利用木材的抗拉性能，及抗壓性能來(lái)抵抗荷載的作用。2、結(jié)構(gòu)選型 由于三角形具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，而且在平面上容易找平，我們選擇三角形為主體結(jié)構(gòu)框架，桁架受力均勻簡(jiǎn)單，僅受軸力，便于木材性能的發(fā)揮，我們以空間桁架為主導(dǎo)。2.1結(jié)構(gòu)外形結(jié)構(gòu)上平面為邊長(zhǎng)225mm的

3、等邊三角形，底面在半徑為240mm的圓上，整體為相似三角形，內(nèi)部采用空間桁架結(jié)構(gòu)加強(qiáng)穩(wěn)定性。2.2材料截面選擇主體三根柱子截面為四根2*8的桿件粘接而成,形成外側(cè)10mm，內(nèi)側(cè)8mm的箱型，保證抗壓的同時(shí)減輕材料的質(zhì)量。T型柱穩(wěn)定性較好，我們用T型柱搭出上部的空間角錐體，使結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。主體承力T型柱由2*6翼緣2*4腹板組成框架結(jié)構(gòu)。外圍由2*4與2*6的L行梁連接，結(jié)構(gòu)內(nèi)部由2*2斜梁與主體柱交叉相連，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。2.3節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 主體框架結(jié)構(gòu)相交的節(jié)點(diǎn)由于桿的傾斜在加動(dòng)載和靜載時(shí)會(huì)引起較大的剪力，在連接時(shí)用小木片填充密實(shí)，再用2*2水平短木條相連使木條在下面頂住節(jié)點(diǎn)上部斜梁，在加載處節(jié)

4、點(diǎn)貼上薄木片來(lái)增大接觸面積，從而來(lái)增大節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度，從而在結(jié)構(gòu)受力計(jì)算時(shí)一些節(jié)點(diǎn)模擬成剛節(jié)點(diǎn)。斜梁相交時(shí)，兩根梁搭出榫結(jié)，用膠水加固，增大節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和剛度。3、結(jié)構(gòu)特色這個(gè)名為漫步天下的結(jié)構(gòu)是在我們制作結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)的多次循環(huán)反復(fù)而后的出來(lái)的結(jié)構(gòu)，它凝聚了所有的試驗(yàn)所得的經(jīng)驗(yàn)。它的優(yōu)點(diǎn)： （1）從結(jié)構(gòu)的外形上看，我們選擇正三角形作為主體形狀，受力均勻，加載方便，上寬下窄，形狀漸隨著高度逐漸變化，有活力。（2）根據(jù)SAP2000軟件建立的模型分析，可得出結(jié)構(gòu)位移最大點(diǎn)，針對(duì)這一情況，我們改造出變截面柱，成為我們結(jié)構(gòu)一大特色。（3）斜梁相交時(shí)，兩根梁搭槽榫結(jié)，用膠水加固，這大大提高了斜梁的穩(wěn)定性和強(qiáng)

5、度。（4）結(jié)構(gòu)采用1*55mm的木板，有效的節(jié)約了材料，采用2*2細(xì)桿加固，經(jīng)濟(jì)適用。（5）結(jié)構(gòu)模仿實(shí)際工程，采用腰梁，增強(qiáng)抗震性和穩(wěn)定性。（6）根據(jù)SAP2000軟件建立的模型分析結(jié)果，我們加強(qiáng)頂部和支座強(qiáng)度。二、方案設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)基本假定（1）木條材質(zhì)連續(xù)均勻。（2）柱、梁之間的節(jié)點(diǎn)按剛節(jié)點(diǎn)計(jì)算，支座為固定支座。加載時(shí)豎直靜荷載和豎直動(dòng)載以集中力的形式均分到頂部三個(gè)節(jié)點(diǎn)上。（3）桿件計(jì)算時(shí)采用鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模式。根據(jù)以上假定通過(guò)SAP2000軟件建立計(jì)算模型，所得的內(nèi)力和位移作為構(gòu)件設(shè)計(jì)的依據(jù)。 2、模型結(jié)構(gòu)圖通過(guò)autoCAD軟件建立計(jì)算模型，分析內(nèi)力和位移，簡(jiǎn)化各個(gè)桿件尺寸和形狀。主體結(jié)構(gòu)立

6、面圖主體結(jié)構(gòu)俯視圖主體結(jié)構(gòu)三維視圖 主體結(jié)構(gòu)模型圖3、主要節(jié)點(diǎn)詳圖（一）（二）（三）（四）4、主要構(gòu)件材料表及結(jié)構(gòu)預(yù)計(jì)重量材料表：主要承重柱，受力橫梁，斜梁尺寸與數(shù)量表。標(biāo)號(hào)形狀尺寸長(zhǎng)度數(shù)量T形翼緣6*2mm腹板4*2mm180mm120mm33 L形垂直肢高6mm水平肢高6mm垂直肢厚2mm320mm3箱型1外圍10*10mm內(nèi)側(cè)6*6mm311mm3箱型2外圍8*8mm內(nèi)側(cè)4*4mm225mm3長(zhǎng)邊4mm短邊2mm若干若干邊長(zhǎng)2mm若干若干重量預(yù)計(jì)：我們根據(jù)所提供的木材的比重0.5，結(jié)合自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)預(yù)計(jì)結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為70g.三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)本次比賽的加載規(guī)則，荷載有豎向靜載荷與豎向動(dòng)載

7、，考慮到結(jié)構(gòu)尺寸所能承受荷載的能力，需對(duì)本結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，在進(jìn)行荷載分析時(shí)將靜載和動(dòng)載簡(jiǎn)化為三個(gè)均分集中荷載，通過(guò)計(jì)算來(lái)對(duì)相對(duì)薄弱部分作相應(yīng)的加固，使得材料得到充分合理的利用。1、靜力分析結(jié)構(gòu)頂部加載15kg質(zhì)量的砝碼，根據(jù)受力特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式，將荷載簡(jiǎn)化為三個(gè)相等的集中力50N，分別同時(shí)施加在結(jié)構(gòu)的三根承重柱上。根據(jù)SAP2000軟件建立的模型分析結(jié)果，找出結(jié)構(gòu)最大處位移和最大處應(yīng)力，分析最大處節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性。主體結(jié)構(gòu)加載圖主體結(jié)構(gòu)受力變形圖我們制作的結(jié)構(gòu)根據(jù)SAP2000軟件建立的模型分析結(jié)果，最大應(yīng)力為1.25Mpa，遠(yuǎn)小于木材抗拉強(qiáng)度30Mpa。結(jié)論：結(jié)構(gòu)承受150N的重力，軸

8、力增加明顯，而彎矩和剪力變化不明顯。加載動(dòng)載時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)靜力軸力最大點(diǎn)處連接。2、內(nèi)力分析 用SAP2000所作的內(nèi)力圖如下主體結(jié)構(gòu)軸力圖（最大軸力為56.65N）主體結(jié)構(gòu)剪力圖主體結(jié)構(gòu)彎矩圖(最大彎矩為21.88N*M)3、承載力及位移計(jì)算以上是我組成員對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化承載力和位移計(jì)算的過(guò)程，由于支座處可能會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，因此我們預(yù)計(jì)跨中最大豎向位移為4mm,另外，考慮到制作過(guò)程中的產(chǎn)生的誤差，我們預(yù)計(jì)結(jié)構(gòu)的最大承載力為500N.四、結(jié)構(gòu)分析總結(jié)1、本結(jié)構(gòu)主要是利用三根柱子的軸力來(lái)抵抗荷載的作用2、本結(jié)構(gòu)利用細(xì)桿來(lái)提高柱子的承載力，并利用木材的抗拉性能，及抗壓性能來(lái)抵抗荷載的作用。3、根據(jù)SAP2000建模分析的結(jié)論，我們選擇正三角形作為主體形狀，受力均勻，加載方便。4、斜梁相交時(shí)，兩根梁搭槽榫結(jié)，用